一种基于DEM技术的电容比较器失调校准电路及方法与流程

一种基于dem技术的电容比较器失调校准电路及方法
技术领域
1.本发明涉及adc技术领域，尤其涉及一种基于dem技术的电容比较器失调校准电路及方法。


背景技术：

2.在高频流水型adc中，一个影响全差分电容比较器失调mismatch的重要因素是输入端比较电压vrefp和vrefn的不同造成，而现有技术对这种mismatch的校准方法大多都如图1所示，对这种mismatch的解决办法是通过后期测试，然后对a、b两点加不同的固定电压来调整全差分电容比较器的中点的偏移去补偿这种mismatch，而在adc中madc的全差分电容比较器，每个比较器的输入的比较电压都是固定且不同的，所以就会将每种不同比较电压的全差分电容比较器的mismatch测试出来，然后在相应的位置加入不同的修调电压δx值以此来修调不同比较电压下的全差分电容比较器的mismatch。
3.由于对不同比较器的a、b两点加的是不同的修调电压δx，且应当是一一对应的，所以当这种全差分电容比较器运用在高频流水型adc中的dem(dynamic element matching，动态元件匹配)技术下，这种校准的方式就是不可行的，因为dem技术下，全差分电容比较器输入的比较电压是在不停的变换的，而且变换是伪随机的，这时候如果在某个a、b两点加入一个固定的修调电压δx，他可能只适合当前的某个比较电压值，而当下一个周期来的时候，比较电压会变换，从而这个比较器的mismatch不仅可能不会变小，反而会变得比不加这个修调的情况更大。
4.如何在dem技术下实现电容比较器的精准校准以保证adc的功能正常是当前亟待解决的一个问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供一种基于dem技术的电容比较器失调校准电路及方法，旨在解决现有技术的不足。
6.本技术实施例提供了一种基于dem技术的电容比较器失调校准电路，应用于高频流水型adc，所述电路包括：伪随机数字信号产生模块、比较电压选择模块、修调电压选择模块以及电容比较器模块，所述电容比较器模块由多个madc中的全差分电容比较器构成；
7.所述伪随机数字信号产生模块分别连接所述比较电压选择模块的开关控制端以及所述修调电压选择模块的开关控制端；所述比较电压选择模块的输出端连接所述电容比较器模块的比较电压输入端；所述修调电压选择模块的输出端连接所述电容比较器模块的偏移补偿电压输入端；
8.所述伪随机数字信号产生模块用于产生伪随机数字信号以便控制所述比较电压选择模块连接不同的比较电压输入端以及控制所述修调电压选择模块连接对应的修调电压值；
9.所述比较电压选择模块用于根据开关控制端的伪随机数字信号控制所述电容比
较器模块的比较电压输入端接入不同的比较电压值；
10.所述修调电压选择模块用于根据开关控制端的伪随机数字信号控制所述电容比较器模块的偏移补偿电压输入端接入与所述比较电压值对应的预设修调电压值；
11.所述电容比较器模块用于实现mad子模数转换。
12.进一步地，所述电路还包括：da电容模块，；所述da电容模块与所述电容比较器模块的输出端连接；所述da电容模块用于实现mda子数模转换。
13.进一步地，所述电容比较器模块输入的不同比较电压值与对应的预设修调电压值事先通过adc电路和版图设计仿真测试得出。
14.进一步地，所述预设修调电压值的电路实现可以选用差分两端使用不同的电压值或者使用不同大小的开关。
15.进一步地，当所述预设修调电压值的电路实现可以选用差分两端使用不同的电压值时，可以采用电阻分压的方式。
16.进一步地，所述随机数字信号为一串二进制的数字码且所述数字码只有1位为有效位，该有效位用于控制所述比较电压选择模块从多路不同的电压输入值中选择1路输出给所述电容比较器模块的比较电压输入端；该有效位还用于控制所述修调电压选择模块从多路不同的修调电压值中选择与电压输入值对应的1路输出修调电压值给所述电容比较器模块的偏移补偿电压输入端。
17.进一步地，所述比较电压选择模块、以及所述修调电压选择模块均包括n个子模块；所述电容比较器模块包括n个电容比较器；每个比较电压产生子模块和每个修调电压产生子模块均连接一个电容比较器；
18.当所述随机数字信号的第一位为有效位时；
19.第一电容比较器的比较电压输入端连接第一比较电压值；第一电容比较器的偏移补偿电压输入端连接第一修调电压值；
20.第二电容比较器的比较电压输入端连接第二比较电压值；第二电容比较器的偏移补偿电压输入端连接第二修调电压值；
21.第三电容比较器的比较电压输入端连接第三比较电压值；第三电容比较器的偏移补偿电压输入端连接第三修调电压值；以此类推；
22.第n电容比较器的比较电压输入端连接第n比较电压值；第n电容比较器的偏移补偿电压输入端连接第n修调电压值；
23.当所述随机数字信号的第二位为有效位时；
24.第一电容比较器的比较电压输入端连接第n比较电压值；第一电容比较器的偏移补偿电压输入端连接第n修调电压值；
25.第二电容比较器的比较电压输入端连接第一比较电压值；第二电容比较器的偏移补偿电压输入端连接第一修调电压值；
26.第三电容比较器的比较电压输入端连接第二比较电压值；第三电容比较器的偏移补偿电压输入端连接第二修调电压值；以此类推；
27.第n电容比较器的比较电压输入端连接第n-1比较电压值；第n电容比较器的偏移补偿电压输入端连接第n-1修调电压值；
28.以此类推；
29.当所述随机数字信号的第n位为有效位时；
30.第一电容比较器的比较电压输入端连接第二比较电压值；第一电容比较器的偏移补偿电压输入端连接第二修调电压值；
31.第二电容比较器的比较电压输入端连接第三比较电压值；第二电容比较器的偏移补偿电压输入端连接第三修调电压值；
32.以此类推；
33.第n-1电容比较器的比较电压输入端连接第n比较电压值；第n电容比较器的偏移补偿电压输入端连接第n修调电压值；
34.第n电容比较器的比较电压输入端连接第一比较电压值；第n电容比较器的偏移补偿电压输入端连接第一修调电压值。
35.进一步地，所述全差分电容比较器包括2个输入电容和1个比较器；所述2个输入电容与比较器连接的一端作为电容比较器的偏移补偿电压输入端，所述2个输入电容的另一端作为电容比较器的比较电压输入端。
36.本技术实施例提供了一种基于dem技术的电容比较器失调校准方法，应用于高频流水型adc，该方法包括：
37.确定电容比较器对于不同比较电压输入对应的修调电压值mismatch；
38.设计一个电阻分压电路修正修调电压值mismatch；
39.设计一个如如上所述的电路将不同的比较电压和修调电压值mismatch值实时对应；该电路将比较电压和修调电压值mismatch值实时对应，通过伪随机数字信号p_code来控制对不同的比较电压模块里面的开关的信号以及mismatch值实时调整模块的开关信号进行不同的接法，实现输入对比较电压和mismatch跟伪随机数字信号p_code进行滚动位移。
40.本发明提供了一种基于dem技术的电容比较器失调校准方法，保证全差分电容比较器输入的比较电压是在不停的变换的同时失调修调电压δx也同步变换。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1为现有的电容比较器的失调校准电路的结构示意图；
43.图2为本发明一实施例提供的一种电容比较器失调校准电路的模块示意图；
44.图3为本发明一实施例提供的一种电容比较器失调校准电路的电路示意图；
45.图4为本发明一实施例提供的一种电容比较器失调校准方法的流程示意图。
具体实施方式
46.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
47.如图2所示，本发明提供了一种基于dem技术的电容比较器失调校准电路，应用于高频流水型adc，所述电路包括：伪随机数字信号产生模块、比较电压选择模块、修调电压选择模块以及电容比较器模块，所述电容比较器模块为多个madc中的全差分电容比较器构成；
48.所述伪随机数字信号产生模块分别连接所述比较电压选择模块的开关控制端以及所述修调电压选择模块的开关控制端；所述比较电压选择模块的输出端连接所述电容比较器模块的比较电压输入端；所述修调电压选择模块的输出端连接所述电容比较器模块的偏移补偿电压输入端；
49.所述伪随机数字信号产生模块用于产生伪随机数字信号以便控制所述比较电压选择模块连接不同的比较电压输入端以及控制所述修调电压选择模块连接对应的修调电压值；
50.所述比较电压选择模块用于根据开关控制端的伪随机数字信号控制所述电容比较器模块的比较电压输入端接入不同的比较电压值；
51.所述修调电压选择模块用于根据开关控制端的伪随机数字信号控制所述电容比较器模块的偏移补偿电压输入端接入与所述比较电压值对应的预设修调电压值；
52.所述电容比较器模块用于实现mad子模数转换。
53.所述电路还包括：da电容模块；所述da电容模块与所述电容比较器模块的输出端连接；所述da电容模块用于实现mda子数模转换。
54.如图3所示，下面以4个比较器为例子加以说明，比较电压选择模块包括：比较电压选择模块1、比较电压选择模块2、比较电压选择模块3、比较电压选择模块4；修调电压选择模块包括：mismatch实时对应模块1、mismatch实时对应模块2、mismatch实时对应模块3、mismatch实时对应模块4；电容比较器模块包括：比较器1、比较器2、比较器3、比较器4；对应的伪随机数字信号p_code(s1-s4)可以为1000，0100，0010，0001，其中1表示有效位，控制开关接通；这四种情况是每个周期都随机选中一个，它们每个的概率都是25％。
55.我们将不同的伪随机数字信号下，每个电容比较器对应的比较电压输入值以及修调电压值归纳得到表1。
56.表1不同伪随机数字信号下，各个电容比较器对应的比较电压输入值以及修调电压值
57.[0058][0059]
从图3和表1中可以看出，无论vrefn1/vrefp1这对比较输入电压无论接入哪个比较器，那个比较器接入的相应mismatch电压都是vcm-2*x。无论vrefn2/vrefp2这对比较输入电压无论接入哪个比较器，那个比较器接入的相应mismatch电压都是vcm-x。无论vrefn3/vrefp3这对比较输入电压无论接入哪个比较器，那个比较器接入的相应mismatch电压都是vcm+x。无论vrefn4/vrefp4这对比较输入电压无论接入哪个比较器，那个比较器接入的相应mismatch电压都是vcm+2*x。s1-s4四个开关中每个周期只有一个开关打开(受p_code控制)，并且打开几率都是25％。
[0060]
s1-s4每个周期都会变换，至于下一个周期谁开，都是随机的(因为p_code是随机的)，但是比较输入电压vrefnx/vrefpx无论接入哪个比较器，那个比较器接入的相应mismatch电压都是唯一对应的。该对应关系可以事先通过adc电路和版图设计仿真测试得出。
[0061]
表中列出的不同输入电压下的mismatch电压vcm-2x、vcm+2x、vcm-x、vcm+x均是示意值，因为不同电压接入比较器的mismatch并不是一个一阶线性公式，所以并不能简单的去计算，所以这里vcm-2x、vcm+2x、vcm-x、vcm+x只是简单示意，至于vcm-2*x、vcm-x等值具体是多少，需要我们将电路和版图设计完成后，通过仿真得出比较器在不同电压输入vrefnx/vrefpx下对应的mismatch电压。即通过测试确定不同比较电压输入vrefnx/vrefpx对电容比较器的mismatch电压值。
[0062]
所述预设修调电压值的电路实现可以选用差分两端使用不同的电压值或者使用不同大小的开关。当所述预设修调电压值的电路实现可以选用差分两端使用不同的电压值时，可以采用电阻分压的方式。
[0063]
本技术创新的加入了修调电压δx产生模块，从而让dem技术下的电容比较器也能进行mismatch的修正。
[0064]
如图4所示，本技术提供了一种基于dem技术的电容比较器失调校准方法，应用于高频流水型adc，该方法包括：
[0065]
s1：确定电容比较器对于不同比较电压输入对应的修调电压值mismatch；
[0066]
s2：设计一个电阻分压电路修正修调电压值mismatch；
[0067]
s3：设计一个如上所述的电路将不同的比较电压和修调电压值mismatch值实时对应；该电路将比较电压和修调电压值mismatch值实时对应，通过伪随机数字信号p_code来控制对不同的比较电压模块里面的开关的信号以及mismatch值实时调整模块的开关信号进行不同的接法，实现输入对比较电压和mismatch跟伪随机数字信号p_code进行滚动位移。
[0068]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精
神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。